本書緊跟國家政策和時代發(fā)展的步伐，結(jié)合作者所在課題組及單位的研究成果，參考了與燃料電池原理與基礎(chǔ)相關(guān)的書籍，較全面地介紹車用燃料電池技術(shù)。本書通過聚焦燃料電池技術(shù)在車輛上的應(yīng)用，將燃料電池的理論與實踐相結(jié)合，對燃料電池發(fā)展史、燃料電池基本原理及傳輸特性、質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件等燃料電池基礎(chǔ)知識、科學原理進行講解，并從應(yīng)用層面對車用燃料電池系統(tǒng)、燃料電池測試與表征、車用燃料電池工況及問題進行闡述。后，對車用燃料電池的燃料氫氣的特性及安全進行介紹。希望通過與讀者分享車用燃料電池技術(shù)，起到推廣燃料電池、推動燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展的作用。
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目錄
前言
第1章 燃料電池簡介 1
1.1 燃料電池的定義 1
1.1.1 與二次電池的比較 1
1.1.2 與內(nèi)燃機的比較 3
1.2 燃料電池分類 4
1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池 4
1.2.2 固體氧化物燃料電池 6
1.2.3 熔融碳酸鹽燃料電池 7
1.2.4 磷酸型燃料電池 8
1.2.5 堿性燃料電池 9
1.3 燃料電池的優(yōu)缺點 10
1.4 燃料電池的歷史與應(yīng)用 12
1.4.1 燃料電池的發(fā)展歷史 12
1.4.2 燃料電池的車載應(yīng)用 13
1.4.3 燃料電池其他方面的應(yīng)用 14
1.5 本章小結(jié) 15
思考題 15
參考文獻 16
第2章 燃料電池基本原理及傳輸特性 18
2.1 燃料電池熱力學 18
2.1.1 熱力學簡介 19
2.1.2 燃料電池的熱和功：能斯特方程 19
2.1.3 燃料電池的電極電勢 20
2.1.4 燃料電池的效率 21
2.2 燃料電池動力學 23
2.2.1 動力學簡介 23
2.2.2 燃料電池的反應(yīng)速率：交換電流密度 24
2.2.3 燃料電池的反應(yīng)電勢：伽伐尼電勢 25
2.2.4 燃料電池的極化特性 26
2.2.5 燃料電池動力學性能的改善 29
2.3 燃料電池電荷傳輸 29
2.3.1 燃料電池中的電荷轉(zhuǎn)移 30
2.3.2 燃料電池中的電荷傳輸阻抗分析 31
2.3.3 燃料電池電解質(zhì)的種類與選擇 32
2.4 燃料電池質(zhì)量傳輸 33
2.4.1 膜電極與流道間的質(zhì)量傳輸 33
2.4.2 膜電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量傳輸 34
2.4.3 流道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量傳輸 35
2.5 本章小結(jié) 36
思考題 37
參考文獻 37
第3章 質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件 39
3.0 引言 39
3.1 膜電極 39
3.1.1 催化劑 40
3.1.2 質(zhì)子交換膜 43
3.1.3 氣體擴散層 44
3.1.4 三合一膜電極制備工藝 47
3.2 雙極板 51
3.2.1 材料選取 52
3.2.2 流場設(shè)計 54
3.3 密封件 56
3.4 端板 56
3.5 本章小結(jié) 57
思考題 57
參考文獻 57
第4章 車用燃料電池系統(tǒng) 60
4.0 引言 60
4.1車載質(zhì)子交換膜燃料電池電堆及系統(tǒng) 60
4.1.1 質(zhì)子交換膜燃料電池電堆結(jié)構(gòu) 60
4.1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池電堆裝配 61
4.1.3 車載質(zhì)子交換膜燃料電池電堆設(shè)計 63
4.1.4 車用燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分類 64
4.2 氫氣供應(yīng)子系統(tǒng) 67
4.2.1 儲氫罐 69
4.2.2 減壓閥和截止閥 71
4.2.3 氣液分離器 71
4.2.4 引射器和氫氣循環(huán)泵 72
4.3 空氣供應(yīng)子系統(tǒng) 74
4.3.1 空氣過濾裝置 74
4.3.2 空氣壓縮機 76
4.3.3 壓力傳感器 78
4.3.4 加濕模塊 82
4.4 水熱管理子系統(tǒng) 84
4.4.1 燃料電池水管理系統(tǒng) 85
4.4.2 燃料電池熱管理系統(tǒng) 87
4.4.3 水冷裝置 88
4.4.4 輔助加熱裝置 90
4.5 電控子系統(tǒng) 91
4.5.1 功率二極管 91
4.5.2 開關(guān)器件 92
4.5.3 逆變器 93
4.5.4 輔助電源 94
4.5.5 升壓變換器 95
4.5.6 電動機 96
4.6 本章小結(jié) 97
思考題 97
參考文獻 97
第5章 燃料電池測試與表征 100
5.0 引言 100
5.1 燃料電池測試準備步驟 100
5.1.1 檢查組件連接 100
5.1.2 燃料電池活化 101
5.1.3 測試步驟 102
5.2 極化曲線 102
5.2.1 開路電壓 102
5.2.2 活化極化 103
5.2.3 歐姆極化 103
5.2.4 傳質(zhì)極化 104
5.3 電化學阻抗譜 104
5.3.1 Nyquist圖 104
5.3.2 Bode圖 106
5.3.3 其他電阻測試方法 106
5.4 循環(huán)伏安圖 107
5.4.1 氫氧化與氧還原反應(yīng) 108
5.4.2 具體應(yīng)用 108
5.5 線性掃描伏安法 109
5.5.1 極限電流密度 109
5.5.2 具體應(yīng)用 110
5.6 燃料電池分區(qū)測試技術(shù) 111
5.6.1 電阻網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 111
5.6.2 印刷電路板測試技術(shù) 112
5.6.3 電磁感應(yīng)技術(shù) 117
5.7 燃料電池組件表征 117
5.7.1 形貌表征 117
5.7.2 光譜分析 119
5.7.3 結(jié)構(gòu)分析 124
5.8 本章小結(jié) 126
思考題 127
參考文獻 128
第6章 車用燃料電池工況 131
6.1 車載 PEMFC電堆的開發(fā)目標 131
6.2 燃料電池動態(tài)工況 135
6.2.1 美國能源部動態(tài)測試協(xié)議 135
6.2.2 新歐洲駕駛循環(huán) 136
6.2.3 動態(tài)工況下 PEMFC性能衰減機制分析 137
6.3 啟停工況與耐久性 137
6.3.1 啟停工況衰減機制 138
6.3.2 延長燃料電池啟停壽命的方法 139
6.4 冷啟動 140
6.4.1 電堆冷啟動機制及冷啟動特性研究 141
6.4.2 冷啟動過程衰減特征 142
6.4.3 電堆低溫啟動策略 144
6.5 本章小結(jié) 146
思考題 146
參考文獻 147
第7章 氫氣特性及安全 148
7.1 氫氣的性質(zhì) 148
7.1.1 泄漏性 148
7.1.2 氫脆 150
7.1.3 氫擴散 150
7.1.4 易燃性 151
7.1.5 點火能 152
7.1.6 爆炸性 154
7.1.7 液氫的特殊性質(zhì) 155
7.2 氫氣的制備 156
7.2.1 化石燃料制氫 157
7.2.2 工業(yè)副產(chǎn)制氫 162
7.2.3 電解水制氫 163
7.2.4 其他制氫技術(shù) 168
7.2.5 氫氣的提純 176
7.3 氫氣儲運方式 181
7.3.1 氫氣儲存 181
7.3.2 氫氣運輸 187
7.4 氫安全 189
7.4.1 車載氫安全 189
7.4.2 故障模式風險評估 190
7.4.3 氫氣安全使用的一般措施 193
7.5 本章小結(jié) 194
思考題 195
參考文獻 195
附表A 本書常用縮略詞中英文對照表 197
附表B 本書常數(shù)表 199
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